基于蠕变的射频同轴开关性能分析方法研究

发布时间：2017-06-14 06:11

  本文关键词：基于蠕变的射频同轴开关性能分析方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：射频同轴开关广泛应用于卫星、雷达、广播等无线通信设备中,用于传输和切换射频信号,具有插入损耗低、电压驻波比低、隔离度大的良好射频传输性能,是射频无线传输中不可或缺的机电元件。随着现代通信技术的发展,信号发射功率及频率都在不断提高,由射频同轴开关发热导致的传输性能下降,引起整个射频信号收发系统功能降级甚至失效的事例时有发生。因此,本文在对射频同轴开关的射频性能及热特性进行分析研究的基础上,深入研究射频同轴开关长期频繁通断大功率射频信号时,自身发热所产生的蠕变损伤对射频性能的影响。对于提升产品可靠性,延长产品寿命具有重要的理论意义和实用价值。首先,本文从电磁场基本理论出发,对电磁波在波导中的传输特性进行分析,分析本研究对象中电磁波的主要传输模式。利用有限元仿真软件对射频同轴开关整机进行三维有限元建模,仿真分析射频同轴开关电压驻波比、插入损耗、隔离度等射频性能参数,并与实测结果进行分析对比,对仿真结果的正确性进行验证。其次,在对射频同轴开关的主要热量来源及传热机制进行深入分析研究的基础上,建立射频同轴开关的电磁-热-结构的多物理场耦合仿真模型。研究射频同轴开关在传输不同信号频率时的温度场分布及热变形情况,分析射频同轴开关不同形变量大小对射频性能的影响。并利用T型热电偶测量同轴开关稳态工作时的工作温升,验证热场仿真结果的正确性。然后,针对射频同轴开关在长期频繁通断大功率射频信号时,自身发热产生蠕变损伤导致同轴开关射频性能退化的问题,根据射频同轴开关内导体材料的物理化学性质设计并开展高温蠕变力学试验,建立内导体的蠕变本构方程,为分析蠕变对射频同轴开关射频性能退化的影响奠定基础。最后,在得到蠕变本构方程的基础上,模拟射频同轴开关长期频繁通断时的蠕变变形过程。通过提取蠕变过程中的应力、应变等主控力学参量,确定射频同轴开关长期频繁通断过程中最先萌生裂纹的薄弱区域,分析蠕变对射频性能的影响,进一步对射频同轴开关的热疲劳寿命和电寿命进行了分析预测。
【关键词】：射频同轴开关 有限元 射频性能 蠕变 寿命预测
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN915.05
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题背景8
• 1.2 课题的研究目的和意义8-9
• 1.3 课题的国内外研究现状9-16
• 1.3.1 射频同轴开关产品性能国内外研究现状9-11
• 1.3.2 射频同轴开关热特性的国内外研究现状11-13
• 1.3.3 材料蠕变的国内外研究现状13-16
• 1.4 本文主要研究内容16-17
• 第2章 射频同轴开关射频性能分析17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 电磁波在波导中的传输特性17-25
• 2.2.1 同轴线传输理论18-23
• 2.2.2 射频性能参数23-25
• 2.3 射频同轴开关射频性能的有限元分析方法25-28
• 2.3.1 有限元建模25-26
• 2.3.2 边界条件及激励加载26-27
• 2.3.3 仿真结果分析及实验验证27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第3章 射频同轴开关的热性能分析30-43
• 3.1 引言30
• 3.2 射频同轴开关的热场数学模型30-35
• 3.2.1 温度场的数学模型30-32
• 3.2.2 热-结构耦合场的数学模型32-35
• 3.3 射频同轴开关的电磁-热-结构分析35-41
• 3.3.1 热源分析35-37
• 3.3.2 边界条件分析37-39
• 3.3.3 射频同轴开关的温度场结果及验证39-40
• 3.3.4 射频同轴开关的结构场仿真结果40-41
• 3.4 热形变对射频性能的影响分析41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 射频同轴开关内导体材料蠕变试验及蠕变本构方程的建立43-55
• 4.1 引言43
• 4.2 蠕变理论43-48
• 4.2.1 蠕变曲线43-46
• 4.2.2 蠕变变形机理46-47
• 4.2.3 影响材料蠕变的因素47-48
• 4.3 蠕变试验48-52
• 4.3.1 试验方案48-49
• 4.3.2 试验试件及设备49-50
• 4.3.3 试验结果50-52
• 4.4 蠕变本构方程的建立52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 蠕变对射频同轴开关射频性能的影响分析55-64
• 5.1 引言55
• 5.2 热循环载荷与边界条件55-56
• 5.3 循环通断情况下内导体的应力应变分析56-59
• 5.3.1 失效位置的确定56-57
• 5.3.2 热疲劳寿命的计算57-59
• 5.4 射频性能退化过程分析59-63
• 5.4.1 射频同轴开关性能失效阈值的确定59
• 5.4.2 蠕变变形对射频性能的影响分析59-61
• 5.4.3 基于退化轨迹回归模型的寿命预测61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果70-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 蚁泽纯;熊旺;王力;刘立林;张佰君;吴昊;;大功率LED多芯片集成封装的热分析[J];半导体光电;2011年03期

2 邓晓燕;孙振起;;电子装备用射频连接器选型[J];信息化研究;2010年07期

3 张忠明,服部修次,田川纪英,後藤光昭,石川纯明;铜合金疲劳过程中塑性应变幅的变化[J];材料热处理学报;2004年04期

4 黄正;;美国军用射频连接器的发展[J];中国电子科学研究院学报;2007年02期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 陈孟;黄庆;翁羽;蒋兴;沈睿;;自然对流换热系数计算方法研究[A];第十七届全国反应堆结构力学会议论文集[C];2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 景红光;连接器热设计基本建模、有限元材料分析与优化设计[D];北京邮电大学;2013年

2 李求洋;功率MOSFET可靠性建模的研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

3 姬风;10×10~4Nm~3/h制氢装置管系结构热应力及高温蠕变分析[D];东北石油大学;2014年

  本文关键词：基于蠕变的射频同轴开关性能分析方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：448708